Universitatea Dunrea de Jos din Galai, Facultatea de Mecanic, Programul de studii: Inginerie Mecanic,

CALCULUL DE OBOSEAL AL UNEI STRUCTURI NAVALE

Absolvent: TODERACU ROBERT ndrumtor: Prof.dr. ing. CHIRIC IONEL

Fenomenul de oboseala scurt istoricn 1837 Wilhelm Albert public primul articol n care este specificat termenul de oboseal a metalului, stabilind o corelaie ntre sarcinile aplicate i durabilitate.Wilhelm efectueaz chiar cteva ncercri la oboseal a lanurilor miniere. Doi ani mai trziu, Jean-Victor Poncelet, proiectant al axurilor din font a roilor morilor, folosete pentru prima dat termenul de oboseal ntr-o carte de specialitate.

Figura 1. Maina de ncercare la oboseal a lanurilor miniere a lui Wilhelm

n

1870,

dup

o

serie

de

accidente

feroviare

catastrofale a companiei unde lucra ca inginer, August Wohler contribuie la mbunatirea procedurilor de testare a rezistenei la oboseal, mbuntind durata de via a axurilor garniturilor de tren. n plus Wohler inventeaz prima main de ncercare la oboseal i identific importana dintre tensiunile ciclice i cele medii.August Wohler 1819-1914

Figura 2. Experimentul lui Wohler

MS rezisten mecanic - amplitudinea tensiunii D - rezistena la oboseal

Figura 3. Curba lui Wohler

Numr de cicli

Spre finalul secolului 19, Gerber i Goodman studiaz influena tensiunilor medii i propun o teorie simplificat de calcul la oboseal. n 1886 Johan Bauschinger scrie primul tratat despre comportarea sub aciunea tensiunilor ciclice a materialelor. Pe baza acestor teorii i proceduri inginerii au implementat analiza la oboseal a materialelor reuind s prezic durata de via a structurilor mult mai precis dect nainte.

Figura 3. Diferite tipuri de maini de ncercare la oboseal

Calculul la oboseal al zonei pupa a navei de tip RO RO Pax

Plan 2D Autocad

Modificarea planului cu suprafee 3D

Unirea seciunilor

Separarea pe grosimi

Importul n cosmos

Importul fiierelor n Cosmos

1. Definirea tipului de element Propsets Element Group Shell 3T 2. Alegerea materialului Pick material lib A_Steel Definirea real constantelor Propsets Real constant

3.

4. Importul fisierelor n Cosmos Control CAD Systems Read Dxf

5. Selectarea real constantei definit anterior

6.

Modelul complet discretizat n Cosmos

m / s2

Echipamentele considerate n acest caz sunt: Main crm = 2 T Crm = 0,5 T Elice = 1 T Arbore port elice = 3 T Vinciuri de pe puntea principal = 1 T Alte amenajri = 2,5 T Ap i combustibil n tancuri = 30 T Total = 40 T = 40 000 Kg.

,

Masa structurii este egal cu densitatea acesteia nmulit cu volumul. Densitatea se consider cea a oelului, deci volumul va fi:

Avnd volumul determinat putem trece acum la modificarea densitii astfel nct aceasta s conin i echipamentele.

2 8460 kg/ m este noua densitate a structurii ce include i echipamentele.

Prin urmare noile caracteristici de material vor fi:

Se ruleaz din nou analiza static cu noile proprieti ale materialului i obinem n urma analizei o tensiune Pa pentru structur plus masele adiionale (figura 24).

Figura 24. Rezultatul analizei statice cu noua densitate

Variaia tensiunilor n jurul unui nod

Nodul 25499

Prima rafinare A doua rafinare A treia rafinare Direciile

Metoda interpolrii

Distana 1 este considerat spre stnga nodului ales. Se constat c nici unul dintre noduri nu se afl la distanele dorite. Cel mai apropiat nod la 0,5t (20mm) spre stnga nodului considerat este nodul 45306, aflat la 26 mm. Considerm nodul 25499 ca fiind nodul i i nodul 45306 ca fiind j, pentru simplificarea calculelor. Pentru a aplica metoda interpolrii trebuie cunoscute tensiunile nodurilor i si j, distana de la nodul 25499 la nodul i (se va nota cu

xi ) i distana dintre nodurile i i j (.

d ij ). Aici nodul 25499

fiind i nodul i vom avea: aplicarea creia rezult relaiile urmtoare:

Pentru interpolare se va aplica teorema asemnrii triunghiurilor, din

j (3.15 *10 7 Pa)

i (3.11 *10 7 Pa)

0,5 t

0,5t

d ij (26 m ) m25499 (i)

Pentru tensiunea la 0,5 t pe direcia 1 vom j (3.31 *10 7 Pa) obine o tensiune Pa. Pentru tensiunea la 1,5t se vor lua n considerare nodurile 45246 i 45311 aflate la distana de 53,7 mm respectiv 80 mm de nodul 25499. n acest caz i Aplicnd a formula de interpolare pentru tensiunea la 1,5t vom obine

45306 (j)

1,5 t

i (3.23 *10 7 Pa)

45246 (i)

d ij (26,3m m)

x i (53,7mm )1,5t

45311 (j)

25499

Tensiunile obinute n urma calculelor se introduc n tabelul 1. Conform normelor I. I. S. tensiunile pe punctele critice pe cele 4 direcii sunt:

De unde rezult c tensiunile critice pe fiecare direcie vor fi:

Factorul de concentrare al tensiunilor, k hs se calculeaz cu relaia: unde este tensiunea maxim a structurii. Factorii de concentrare ai tensiunilor, tensiunile critice pe direcii i tensiunea nominal se trec n tabelul 1.

Direcia 1

Direcia 2

22 , t

22 , t

22 , t

22 , t

Direcia 3

Direcia 4

22 , t

22 , t

22 , t

22 , t

Figura 30. Variaia tensiunilor pe cele 4 direcii

Calculul putea fi fcut i pentru o sarcin unitar aplicat pe structur conform modului de solicitare dorit. S-ar fi obinut aceeai valoare pentru k hs . Pentru cazul concret de ncrcare n zona (punctul) cu concentrare de tensiune se face calculul cu analiza elementelor finite normal (discretizare grosier). n punctul cu concentrare de tensiuni, valoarea obinut pentru se amplific cu k hsi se obine valoarea tensiunii n concentrator admisibil. care se compar cu tensiunea

V mulumesc pentru atenie!

Figura 4. Seciune transversal a coastei transom

Figura 5. Seciune transversal a coastei -8

Figura 6. Seciune transversal a coastei -4

Figura 7. Seciune transversal a coastei 0

Figura 8. Seciune transversal a coastei 15

Figura 9. Seciune transversal a coastei 16

Figura 7. Seciune transversal a coastei 19

Figura 10. Seciune transversal a coastei 20

Figura 11. Seciune la linia de centru

Figura 12. Platforma crmei

Figura 13. Puntea pupei navei

Figura 14. Seciunea transversal a coastei -8 modelat cu suprafee 3DFace

Figura 15. Seciunea transversal a coastei -4 modelat cu suprafee 3DFace

Figura 16. Seciunea transversal a coastei 0 modelat cu suprafee 3DFace

SECTION AT WEB FRAME 15

Figura 17. Seciunea transversal a coastei 15 modelat cu suprafee 3DFace

SECTION AT WEB FRAME 16

Figura 18. Seciunea transversal a coastei 16 modelat cu suprafee 3DFace

SECTION AT WEB FRAME 19

Figura 19. Seciunea transversal a coastei 19 modelat cu suprafee 3DFace

Figura 20. nveliul navei vedere 3D

Figura 21. Puntea pupei cu longitudinalele de punte

Figura 22. Pereii despritori vedere 3D

Figura 23. Modelul complet n Autocad

Figura 24. Modelul final n Autocad, cu elemente de umbr

a)

c)

b) b)

e)

d)

d)

e)

Figura 25 Elementele seciunii transversale 20 cu grosimile: a) 10 mm, b) 11 Figura 22. mm, c) 12 mm, d) 15 mm, e) 20 mm

Figura 26. Modelul complet n Cosmos, vedere 3D, planul XY, YZ

Figura 27. Modelul complet n Cosmos, vedere din planul XZ

Figura 28. Reeaua zonei punctului critic nainte de prima prima rafinare la nodul 25499

Figura 29. Reeaua zonei punctului critic dup prima rafinare la nodul 25499

Figura 30. Reeaua zonei punctului critic dup a doua rafinare la nodul 25499

Figura 31. Reeaua zonei punctului critic dup a treia rafinare la nodul 25499

Figura 32. Cele 4 direcii i nodurile implicate n calcul

Cuprins

Capitolul 1: Fenomenul de oboseala scurt istoric Capitolul 2: Calculul la oboseal al zonei pupa a navei de tip RO RO Pax Capitolul 3: Studiul variatiei tensiunilor in jurul unui nod